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詳解JVM類加載機(jī)制及類緩存問題的處理方法

更新時(shí)間：2018年01月04日 09:04:15 投稿：daisy

這篇文章主要給大家介紹了關(guān)于JVM類加載機(jī)制及類緩存問題的處理方法的相關(guān)資料，文中通過示例代碼介紹的非常詳細(xì)，對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，需要的朋友們下面隨著小編來一起學(xué)習(xí)學(xué)習(xí)吧。

前言

大家應(yīng)該都知道，當(dāng)一個(gè)Java項(xiàng)目啟動的時(shí)候，JVM會找到main方法，根據(jù)對象之間的調(diào)用來對class文件和所引用的jar包中的class文件進(jìn)行加載（其步驟分為加載、驗(yàn)證、準(zhǔn)備、解析、初始化、使用和卸載），方法區(qū)中開辟內(nèi)存來存儲類的運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)（包括靜態(tài)變量、靜態(tài)方法、常量池、類結(jié)構(gòu)等），同時(shí)在堆中生成相應(yīng)的Class對象指向方法區(qū)中對應(yīng)的類運(yùn)行時(shí)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。

用最簡單的一句話來概括，類加載的過程就是JVM根據(jù)所需的class文件的路徑，通過IO流的方式來讀取class字節(jié)碼文件，并通過一系列解析初始化等步驟來注入到內(nèi)存。 java中的類加載器有：BootstrapClassLoader（最上層）、ExtClassLoader、AppClassLoader、以及用戶自定義的ClassLoader（最下層）。JVM對于不同種類的jar包（或class文件），會有不同種類的類加載器進(jìn)行加載。

對應(yīng)關(guān)系如下：

BootstrapClassLoader 用于加載JVM運(yùn)行所需要的類：

　　　　JAVA_HOME/jre/lib/resources.jar:
　　　　JAVA_HOME/jre/lib/rt.jar:
　　　　JAVA_HOME/jre/lib/sunrsasign.jar:
　　　　JAVA_HOME/jre/lib/jsse.jar:
　　　　JAVA_HOME/jre/lib/jce.jar:
　　　　JAVA_HOME/jre/lib/charsets.jar:
　　　　JAVA_HOME/jre/lib/jfr.jar:
　　　　JAVA_HOME/jre/classes

　　ExtClassLoader 用于加載擴(kuò)展類：　　

　　　　../Java/Extensions:
　　　　../JAVA_HOME/jre/lib/ext:　　　　../Library/Java/Extensions:/Network/Library/Java/Extensions:
　　　　../System/Library/Java/Extensions:
　　　　../lib/java

　　AppClassLoader 用于加載我們項(xiàng)目中ClassPath下所創(chuàng)建的類和jar包中引用的類。

整個(gè)類加載，是通過一種叫做雙親委派的機(jī)制來進(jìn)行加載。

舉例來說，一個(gè)類被最下層的加載器（用戶自定義ClassLoader）進(jìn)行加載，此加載器首先會調(diào)用上一層的加載器（AppClassLoader）進(jìn)行加載，而AppClassLoader會繼續(xù)轉(zhuǎn)交給上層（ExtClassLoader）的加載器進(jìn)行加載，直到BootstrapClassLoader。如果BootstrapClassLoader所加載的類路徑找不到此類，那么才會交給下一層的加載器（ExtClassLoader）進(jìn)行加載，如果找不到此類，繼續(xù)交給下一層（AppClassLoader）進(jìn)行加載。以此類推，如果用戶自定義的ClassLoader也找不到此類，那么程序就會拋出一個(gè)ClassNotFoundError。

整個(gè)加載過程圖示如下：

（圖片引用自：https://www.cnblogs.com/xing901022/p/4574961.html）

類加載源的源碼跟蹤如下（在此對源碼進(jìn)行了適當(dāng)?shù)暮喕?，讀者可以點(diǎn)入源碼進(jìn)行查看：

package java.lang.ClassLoader;
import ....
 protected Class<?> loadClass(String name, boolean resolve)
  throws ClassNotFoundException
 {
  synchronized (getClassLoadingLock(name)) {
   // First，在虛擬機(jī)內(nèi)存中查找是否已經(jīng)加載過此類...類緩存的主要問題所在?。?！ 
   Class<?> c = findLoadedClass(name);
   if (c == null) {
    long t0 = System.nanoTime();
    try {
     if (parent != null) {
　　　　　　　　　　　　　　 //先讓上一層加載器進(jìn)行加載
      c = parent.loadClass(name, false);
     } else {
      c = findBootstrapClassOrNull(name);
     }
    } catch (ClassNotFoundException e) {
     // ClassNotFoundException thrown if class not found
     // from the non-null parent class loader
    }
    if (c == null) {
　　　　　　　　　　　　//調(diào)用此類加載器所實(shí)現(xiàn)的findClass方法進(jìn)行加載
     c = findClass(name);
    }
   }
   if (resolve) {
    resolveClass(c);
   }
   return c;
  }
 }

在源碼中可以完全領(lǐng)略到雙親委派機(jī)制的過程，其中最重要的三句代碼已經(jīng)進(jìn)行了標(biāo)注：

　　　　findLoadedClass（在虛擬機(jī)內(nèi)存中查找是否已經(jīng)加載過此類...類緩存的主要問題所在?。。。?/li>
　　　　parent.loadClass（先讓上一層加載器進(jìn)行加載）
　　　　findClass（調(diào)用此類加載器所實(shí)現(xiàn)的findClass方法進(jìn)行加載）

　　如果用戶需要自定義加載器，加載自己指定路徑的class文件，需要繼承ClassLoader，并實(shí)現(xiàn)findClass(String name)方法。舉例如下：

package com.linuxidc.utils;
import java.io.ByteArrayOutputStream;
import java.io.FileInputStream;
import java.io.IOException;
import java.io.InputStream;
public class ServiceClassLoader extends ClassLoader{
 private String classPath;
 public ServiceClassLoader(String classPath) {
  this.classPath = classPath;
 }
 /**
  * 重寫父類的findClass 方法。 父類的loadClass會調(diào)用此方法
  */
 @Override
 protected Class<?> findClass(String name) throws ClassNotFoundException {
  Class<?> c = null;
  byte[] classData = getClassData(name);
  if (classData!=null) {
   c = defineClass(name, classData, 0, classData.length);
  }else {
   throw new ClassNotFoundException();
  }
  return c;
 }　
　　 // 將class文件通過IO流讀取，轉(zhuǎn)化為字節(jié)數(shù)組
 private byte[] getClassData(String name) {
  
  String path = classPath + "/"+ name.replace('.', '/') + ".class";
  
  InputStream iStream = null;
  ByteArrayOutputStream byteArrayOutputStream = new ByteArrayOutputStream();
  try {
   iStream = new FileInputStream(path);
   
   byte[] buffer = new byte[1024];
   int temp = 0;
   while ((temp = iStream.read(buffer))!=-1) {
    byteArrayOutputStream.write(buffer, 0, temp);
   }
   if (byteArrayOutputStream!=null) {
    return byteArrayOutputStream.toByteArray();
   }
  } catch (Exception e) {
   e.printStackTrace();
  }finally {
   try {
    if (iStream!=null) {
     iStream.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
   try {
    if (byteArrayOutputStream!=null) {
     byteArrayOutputStream.close();
    }
   } catch (IOException e) {
    e.printStackTrace();
   }
  }
  return null;
 }
}

對類加載器的使用代碼如下：

ServiceClassLoader serviceClassLoader = new ServiceClassLoader("c:\myclass");
Czlass<?> c = ServiceClassLoader.loadClass("com.linuxidc.service.Myclass");

如果用同一個(gè) ServiceClassLoader 對象去加載同一個(gè)Class文件多次，每次加載后的Class對象為同一個(gè)！然而如果new不同的自定義ClassLoader去加載同一個(gè)Class文件，則每次會返回不同的Class對象。

注意： 不能將所要加載的Class文件放到classpath目錄及其任何子目錄下，否則會被AppClassLoader優(yōu)先加載（這是由于類加載采用雙親委派機(jī)制，同時(shí)AppClassLoader可以加載所有在classpath下的class文件），每次都是同一個(gè)AppClassLoader進(jìn)行加載，因此會出現(xiàn)類緩存問題。

這樣就解決了通常在JVM類加載時(shí)，直接使用反射出現(xiàn)的類緩存的問題。

總結(jié)

以上就是這篇文章的全部內(nèi)容了，希望本文的內(nèi)容對大家的學(xué)習(xí)或者工作具有一定的參考學(xué)習(xí)價(jià)值，如果有疑問大家可以留言交流，謝謝大家對腳本之家的支持。

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